《java.util.concurrent 包源碼閱讀》22 Fork/Join框架的初體驗

JDK7引入了Fork/Join框架，所謂Fork/Join框架，個人解釋：Fork分解任務成獨立的子任務，用多線程去執行這些子任務，Join合並子任務的結果。這樣就能使用多線程的方式來執行一個任務。

 

JDK7引入的Fork/Join有三個核心類：

ForkJoinPool，執行任務的線程池

ForkJoinWorkerThread，執行任務的工作線程

ForkJoinTask，一個用於ForkJoinPool的任務抽象類。

 

因為ForkJoinTask比較復雜，抽象方法比較多，日常使用時一般不會繼承ForkJoinTask來實現自定義的任務，而是繼承ForkJoinTask的兩個子類：

RecursiveTask：子任務帶返回結果時使用

RecursiveAction：子任務不帶返回結果時使用

 

對於Fork/Join框架的原理，Doug Lea的文章：A Java Fork/Join Framework

在看了網上的很多例子之后，發現在自定義任務類實現compute方法的邏輯一般是這樣的：

if 任務足夠小
    直接返回結果
else
    分割成N個子任務
    依次調用每個子任務的fork方法執行子任務
    依次調用每個子任務的join方法合並執行結果

 

而執行該自定義任務的調用的則是ForkJoinPool的execute方法，因此首先來看的就是ForkJoinPool的execute方法，看看和普通線程池執行任務有什么不同：

    public void execute(ForkJoinTask<?> task) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        forkOrSubmit(task);
    }

因此forkOrSubmit是真正執行ForkJoinTask的方法：

    private <T> void forkOrSubmit(ForkJoinTask<T> task) {
        ForkJoinWorkerThread w;
        Thread t = Thread.currentThread();
        if (shutdown)
            throw new RejectedExecutionException();
        if ((t instanceof ForkJoinWorkerThread) &&
            (w = (ForkJoinWorkerThread)t).pool == this)
            w.pushTask(task);
        else
            // 正常執行的時候是主線程調用的，因此關注addSubmission
            addSubmission(task);
    }

 

那么我們首先要關注的是addSubmission方法，發覺所做的事情和普通線程池很類似，就是把任務加入到隊列中，不同的是直接使用Unsafe操作內存來添加任務對象

    private void addSubmission(ForkJoinTask<?> t) {
        final ReentrantLock lock = this.submissionLock;
        lock.lock();
        try {
            // 隊列只是普通的數組而不是普通線程池的BlockingQueue，
            // 喚醒worker線程的工作由下面的signalWork來完成
            // 使用Unsafe進行內存操作，把任務放置在數組中
            ForkJoinTask<?>[] q; int s, m;
            if ((q = submissionQueue) != null) {
                long u = (((s = queueTop) & (m = q.length-1)) << ASHIFT)+ABASE;
                UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);
                queueTop = s + 1;
                if (s - queueBase == m)
                    // 數組已滿，為數組擴容
                    growSubmissionQueue();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        // 通知有新任務來了：兩種操作，有空閑線程則喚醒該線程
        // 否則如果可以新建worker線程則為這個任務新建worker線程
        // 如果不可以就返回了，等到有空閑線程來執行這個任務
        signalWork();
    }

 

接下來要弄清楚就是在compute中fork時，按道理來說這個動作是和主任務在同一個線程中執行，fork是如果把子任務變成多線程執行的：

    public final ForkJoinTask<V> fork() {
        ((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread())
            .pushTask(this);
        return this;
    }

 

在上面分析forkOrSubmit的時候同樣見到了ForkJoinWorkerThread的pushTask方法調用，那么來看這個方法：

    final void pushTask(ForkJoinTask<?> t) {
        // 代碼的基本邏輯和ForkJoinPool的addSubmission方法基本一致
        // 都是把任務加入了任務隊列中，這里是加入到ForkJoinWorkerThread
        // 內置的任務隊列中
        ForkJoinTask<?>[] q; int s, m;
        if ((q = queue) != null) {    // ignore if queue removed
            long u = (((s = queueTop) & (m = q.length - 1)) << ASHIFT) + ABASE;
            UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);
            queueTop = s + 1;         // or use putOrderedInt
            // 這里不太明白
            if ((s -= queueBase) <= 2)
                pool.signalWork();
            else if (s == m)
                growQueue();
        }
    }

 

看到這里一下子陷入了僵局，為什么ForkJoinWorkerThread要內建一個隊列呢，而且如果子任務仍舊在同一個線程內的話，何以實現並發執行子任務呢？下一篇文章繼續。